變壓器溫升試驗一次回路的確定與分析*

楊生澤

(甘肅電器科學研究院，甘肅 天水 741018 )

0 引 言

隨著輸配電設備自動化水平的不斷提高，對電力變壓器輸送電力的可靠性要求越來越高。變壓器作為輸配電中不可缺少的設備，它的好壞直接關系到電網的運行質量。而檢測變壓器質量的手段就是通過變壓器試驗。目前，大多數的變壓器試驗自動化程度不高，測量誤差大，不能有效地檢測出變壓器存在的故障。因此，提高電力變壓器試驗的自動化水平顯得非常重要[1]。

筆者以10 kV，630 kVA及以下電力變壓器的溫升試驗為研究對象，通過計算，確定了試驗一次回路中各執行元件的參數，根據參數確定了試驗電路。

1 變壓器試驗一次回路的確定

測定穩態溫升的標準方法是采用短路接線的等效試驗法，是目前所有變壓器溫升試驗方法中，所需電源容量最小、電壓最低的方法，因此是目前電力變壓器溫升試驗的最常用方法[3-4]。文中分析的主要對象就是采用短路法測定變壓器溫升一次回路的確定方法。如圖1所示，該圖中電源推薦選用發電機(G)，由于發電機成本昂貴，而且占地大，控制復雜，但是考慮到本次設計目標為10 kV，630 kVA及以下的變壓器，試驗容量較小，所以本次電源選用調壓器來實現。

斷路器QF1、QF2分別實現調壓器的輸入和輸出保護，KM1、KM2分別實現調壓器的輸入和輸出控制，QS2實現隔離功能，作為試驗間歇的可見斷口，TU與TA4作為電壓、電流互感器為變壓器試驗提供試驗數據。并聯電容器組提供補償用，可以有效降低調壓器容量。

2 變壓器試驗一次回路參數計算

對于10 kV/630 kVA變壓器產品，根據GB/T6451-2015,變壓器分為三相雙繞組無勵磁調壓配電變壓器、三相雙繞組無勵磁調壓電力變壓器、三相雙繞組有載調壓配電變壓器考慮其容量，而變壓器溫升(負載)試驗容量取決于變壓器短路阻抗。

10 kV/630 kVA變壓器無論三相雙繞組無勵磁調壓配電變壓器、三相雙繞組無勵磁調壓電力變壓器、三相雙繞組有載調壓配電變壓器短路阻抗Uk%最大數值為4.5%，其余為4%；其系統容量按照10 kV/630 kVA變壓器產品，考慮其Uk%最大為4.5%。因此全容量負載試驗的試驗容量可由下式確定：

Sd=Sn×Uk%

式中：Sd為變壓器負載試驗容量，kVA；Sn為變壓器額定容量；Uk%為變壓器阻抗電壓；綜合考慮被試變壓器產品全容量負載試驗的最大試驗容量為630 kVA。

2.1 變壓器溫升試驗容量的確定

變壓器溫升試驗容量可由下式確定：

St=Sn×Uk%×k1[1]

式中：St為變壓器溫升試驗容量，kVA；Sn為變壓器額定容量，kVA；Uk%為變壓器阻抗電壓；k1為變壓器施加總損耗與負載損耗時電流的比值，設計取1.15。

綜合考慮被試變壓器產品溫升試驗的最大試驗容量為32.602 5 kVA。

2.2 變壓器試驗系統最高試驗電壓的確定

當10 kV/630 kVA產品進行溫升試驗時，試驗系統具有最高的試驗電壓。變壓器溫升試驗電壓可由下式確定：

Ut=Un×Uk%×k1

式中：Ut為變壓器溫升試驗電壓，kV；Un為變壓器額定電壓，kV；Uk%為變壓器阻抗電壓；k1為變壓器施加總損耗與負載損耗時電流的比值，設計取1.15。

因此，10 kV/630 kVA變壓器產品溫升試驗時，最高試驗電壓Ut=0.517 5 kV。

2.3 調壓器參數的確定

試驗用調壓器是變壓器空載試驗、負載試驗和溫升試驗的供電電源。根據以上計算結果，溫升試驗的最大容量為32.6025 kVA。最高試驗電壓Ut=0.517 5 kV。

根據常見三相調壓器規格，三相調壓器輸入電壓為380 V±10 V，輸出電壓一般為430 V、500 V、650 V、750 V等，而我們要求的517.5V只能選用檔的三相調壓器，要不500 V及以下不能滿足要求，電壓太高又不太經濟，如果專門定制380 V/520 V的變壓器價格又十分昂貴。

溫升試驗的最大容量為32.602 5 kVA。但是要求電壓為0.517 5 kV，而我們選用電壓為650 V，所以考慮高電壓降容，SY=32.6025 kVA×650 V/0.517 5 kV=37.8 kVA,故選用滿足要求的現有三相調壓器的最小規格40 kVA。

2.4 中間變壓器及補償電容器的考慮

中間變壓器作為發電機輸出和被試變壓器之間的電壓轉換，一是要求它的額定容量滿足輸入容量的要求，二是其輸出電壓滿足試驗電壓的要求。由于本次設計容量較小，電壓較低，三相調壓器能夠滿足試驗要求，所以本設計不考慮選用中間變壓器也能夠滿足變壓器試驗的電壓及容量要求。

由于變壓器產品溫升試驗其大部分為無功，功率因數很低，如果容量較大，單純靠發電機來輸出試驗容量容量是十分不經濟的。試驗系統選用配補償電容器的形式來滿足試驗要求。但是，考慮此次設計容量較小，增加補償電容器成本較高，而且回路較復雜，而且增加電容器需要在試驗后放電，增加了試驗的安全隱患以及操作復雜性，所以此設計不考慮電容器組補償的方式。

圖2 三相變壓器溫升試驗接線示意圖[2]

3 主回路元件的確定

變壓器試驗一次回路為主要控制保護對象為40 kVA三相調壓器，根據其技術參數，其過載系數為1.2倍60 min，基于安全考慮，此次容量按照1.15倍計算。那么回路電流：

In=40 kVA×1.15/380 V/1.732=69.89 A

那么QF1、QF3選用100 A框架，80 A電流的塑殼斷路器，隔離開關QS1選用100 A隔離開關。

考慮到此次主要為感性負載，電流沖擊較大，所以本次選用接觸器為160 A的接觸器。

基于成本及可靠性考慮，此次選用斷路器為CM1-100/3320(Ie=80 A)系列塑殼斷路器，隔離開關選用HD11-100/31系列開啟式刀開關，接觸器選用CJX4-160/3系列交流接觸器。選用BH-0.66 75/5系列空心電流互感器,電壓互感器選用JDZ-3 1 000/100系列環氧樹脂澆注絕緣電壓互感器。

4 試驗驗證

選取了1臺完好的變壓器進行了上面系統的驗證，試驗采用短路法。被試變壓器是型號為SCB -630/10的油浸式變壓器，額定電壓為10/0.4 kV，額定電流為36.4/909.4 A，在額定位置時的測試相關數據如表1所列，試驗按照圖2的原理接路圖。

表1 試驗數據

依據上面數據可算出變壓器施加總損耗時的電流為37.5 A，此臺變壓器溫升試驗所需要的容量St為：

St=630×0.0447×(37.5/36.4)=29.01 kVA

通過上面的驗證，所有數據都在此設計的范圍之內，該系統能夠滿足10 kV/630 kVA及以下變壓器的溫升試驗。

5 結 語

結合國內變壓器廠的生產現狀，在查閱大量資料的基礎上重點針對變壓器短路法溫升試驗第一階段回路的確定。由于時間和能力所限，文中將研究范圍僅僅局限在了10 kV/630 kVA及以下電力變壓器，并且存在很多的不足，在今后的變壓器溫升試驗中，我們也將繼續致力于系統自動化的更新，充分準備好試驗方案、精心測試，認真分析，力求取得準確的試驗結果。